Лазерная модификация стеклокерамических материалов

• Автор: Новиков, Борис Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 105 с. : ил.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ РАБОТ В ОБЛАСТИ ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОЙ ФАЗОВО-СТРУКТУРНОЙ МОДИФИКАЦИИ (ЛИФСМ) МАТЕРИАЛОВ

1.1. Обзор технологий фазово-структурной модификации мате-

! | ' I ’ риалов

1.2. Промышленное производство ситалла СТ-50

1.3. Фазово-структурная модификация ситалла СТ-50-1 под действием излучения СОг-лазера

1.4. Характеристики модифицированных областей ситалла СТ-50

ГЛАВА 2. АМОРФИЗАЦИЯ СИТАЛЛА СТ-50-1 ПОД ДЕЙСТВИЕМ

ИЗЛУЧЕНИЯ УА&Ш-ЛАЗЕРА

2.1. Методика и условия формирования аморфизованных областей

2.1.1. Выбор материала и лазерного источника

2.1.2. Дополнительный подогрев образца

2.1.3. Экспериментальная установка
2.2. Особенности взаимодействия излучений УАО:1Чс1- и СОг-лазе-ров с ситаллом СТ-50
2.3. Характеристики аморфизованных областей
2.3.1. Изменение структуры и свойств ситалла при аморфизации
2.3.2. Влияние условий обработки на параметры аморфизованных областей
2.3.3. Изменение свойств облучаемых областей в процессе формирования аморфизации
ГЛАВА 3. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СИТАЛЛА СТ-50-1 ПОД ДЕЙСТВИЕМ
ИЗЛУЧЕНИЯ УАО:Ш-ЛАЗЕРА
3.1. Методика и условия формирования кристаллизованных
областей
3.2. Характеристики кристаллизованных областей
3.2.1. Изменение структуры и свойств ситалла при кристаллизации
3.2.2. Изменение свойств облучаемых областей в процессе формирования кристаллизации
ГЛАВА 4. ВОЛНЫ ПРОСВЕТЛЕНИЯ В СИТАЛЛЕ СТ-50-1 ПОД ДЕЙСТВИЕМ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ УАО:Ш-ЛАЗЕРА
, I
4.1. Механизм колебательной фазово-структурной перестройки
4.2. Теоретическая модель колебательной фазово-структурной перестройки
ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЛОКАЛЬНОЙ ЛИФСМ
СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МИКРООПТИКИ
5.1. Изготовление оптических микроэлементов
5.2. Определение фокусного расстояния микролинз
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Библиографический список использованных источников

Актуальность работы
Одним из направлений исследований и разработок в области создания новых материалов и элементов как за рубежом, так и в нашей стране является контролируемая локальная перестройка структуры материалов. Смена фазового состояния часто приводит к радикальным изменениям физикохимических свойств материала. Управляемая фазово-структурная модификация в локальных областях позволяет создавать новые элементы и устройства, которые будут характеризоваться малым размером и новыми функциями. Подобные элементы могут быть востребованы в системах записи и обработки информации, в интегральных оптических схемах, в микроаналитических устройствах и т.д.
Одним из наиболее гибких инструментов точного воздействия является лазерное излучение. Лазерные технологии применяются для различных типов обработки разнообразных материалов практически во всех отраслях промышленности, в том числе они могут использоваться и для инициирования фазовых превращений [1 - 3].
Одним из интенсивно разрабатываемых направлений является лазерно-индуцированная фазово-структурная модификация (ЛИФСМ) стеклокерамических (СК) материалов. Стеклокерамические материалы имеют два типа фазово-структурной организации, обладающих разными свойствами — аморфное и поликристаллическое (одно или несколько) состояния. Обычно поликристаллическая фаза этих материалов непрозрачна вследствие сильного рассеяния света, аморфная (стеклообразная) — прозрачна. Заметно отличается и плотность этих фаз, так поликристаллическая более плотно упакована и соответственно имеет меньший фазовый объем. Существенно различаются и многие другие свойства, прежде всего химические [4, 5]. Технология локальной
модификации структуры СК перспективна для производства периодических структур и оптических микроэлементов. В то же время, физические
Уменьшение стрелок прогиба после увеличения плотности мощности излучения (рис. 19) или времени обработки (рис. 20) выше указанных значений объясняется влиянием обратной кристаллизации, а также постепенным растеканием расплава по поверхности пластины за границы области аморфизации.
То, что стрелки прогиба со стороны, на которую воздействует пучок излучения, больше, чем с противоположной, может быть объяснено исходя из особенностей формирования областей просветления излучением УАО:Ыс1-лазера. При небольших длительностях воздействия аморфизированная область ещё не является сквозной по глубине пластины. Расплав, из-за разницы в удельных объемах занимающий больший объем, чем исходный микрокристаллический материал, не имеет иных путей движения, кроме как в сторону поверхности, на которую падает пучок излучения. При достижении фронтом аморфизации противоположной стороны пластины влияние силы тяжести не достаточно для формирования большей стрелки прогиба снизу горизонтально расположенной пластины (что связано с вязкостью расплава и малымиразмерами областей просветления).
2.3.3. Изменение свойств облучаемых областей в процессе формирования аморфизации
Была измерена кинетика температуры и пропускания ситалла под действием излучения УАСгИб-лазера в процессе аморфизации (рис. 21). Погрешность значений температуры определялась погрешностью измерений пирометра и не превышала ± 1,5 % от фиксируемой величины во всем диапазоне измерений (согласно информации, предоставленной разработчиком), т.е. погрешность была не более ± 33° С. Погрешность, значений пропускания принималась равной половины цены деления временной развертки сигнала на экране компьютера и составляла ± 2,5 %.